[發(fā)明專利]LED小角度遠(yuǎn)距離送光鏡組及陣列

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710009967.6
• 申請(qǐng)日: 2007-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101240885A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王敏;林瑞梅;李錦泉;李嘉穗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王敏;林瑞梅;李錦泉;李嘉穗
• 主分類號(hào): F21V13/04
• 分類號(hào): F21V13/04;F21V7/22;F21V5/04;F21Y101/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及光學(xué)鏡頭，特別適用于LED小角度送光鏡。

現(xiàn)有技術(shù)：LED光源以其高效、節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命、小尺寸的優(yōu)點(diǎn)已廣泛用于背景光源、顯示器件、復(fù)印機(jī)、激光印刷機(jī)等成像照明領(lǐng)域，上述應(yīng)用通常局限在近距離面陣照明，單粒組合顯示用途，這是由于LED散射發(fā)光特性決定，其初始發(fā)散角可接近180°，這對(duì)于近距離大面積照明是有利的，但照明距離有限。因此，LED廠家通常在封裝時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的配光，收縮發(fā)散角。例如采用柱狀透鏡封裝，可以一定量收縮發(fā)散角，市場(chǎng)上可見(jiàn)到60°、30°、15°半功率發(fā)散角，但其光利用率低，聚光透鏡直接與發(fā)光芯片封裝接觸，工作溫度高，極易老化，產(chǎn)生裂紋，使透鏡的透光性能大大下降。大量的光在封裝體內(nèi)漫反射，產(chǎn)生更多的熱能導(dǎo)致封裝透鏡進(jìn)一步老化失效。有一些大功率光源用上述LED列陣組合照明，但體積大，發(fā)散角偏大，不便于大功率遠(yuǎn)距離送光。

查閱LED光源中國(guó)專利，主要集中在LED封裝和中近距離照明系統(tǒng)，最相近的專利有兩個(gè)。申請(qǐng)?zhí)?00380105936.0“透鏡陣列板及其制造方法”，發(fā)明目的是有效將漫射光聚集到一光利用表面(如復(fù)印機(jī)或激光印刷機(jī)的成像面液晶顯示板等，屬近距離均勻照明系統(tǒng)。申請(qǐng)?zhí)?00710118965.0，“一種用于LED光源透鏡”，發(fā)明的目的是使LED光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡后在遠(yuǎn)場(chǎng)形成一個(gè)矩形、正方形或條狀的光照明范圍，以方便用于路照明時(shí)路面的條狀均勻照明。用于LED路燈照明屬中距離照明系統(tǒng)。它出射的光束在X和Y相垂直的兩個(gè)方位發(fā)散角相差很大，無(wú)法向遠(yuǎn)距離送光。并且由于要切割出矩形的照明視場(chǎng)，截止或切割了部分光線，造成了光能量的損失。

近年來(lái)平安城市工程等安防監(jiān)控系統(tǒng)已趨向日夜全天候監(jiān)控，對(duì)夜間室外監(jiān)控，普遍要求采用紅外照明，以減少光污染。LED紅外光源制作技術(shù)和工藝已成熟，近紅外LED以低耗能、長(zhǎng)壽命特點(diǎn)使其成為較好的紅外光源。近距離的照明系統(tǒng)下無(wú)論是可見(jiàn)光的還是紅外光已普遍采用LED作光源。遠(yuǎn)距離紅外照明系統(tǒng)，目前普遍采用的是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單聚光封裝的單顆紅外LED捆綁列陣，以大面積捆綁組成大功率LED陣列向遠(yuǎn)距離送光。但由于其體積大和前述原因壽命短、照明系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用高，制約著其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。不斷有安防監(jiān)控用戶提出需要一種體積小、壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、低能耗的長(zhǎng)距離紅外照明系統(tǒng)，我們的遠(yuǎn)距離小角度送光鏡組就是在這樣的市場(chǎng)技術(shù)背景下提出并研發(fā)的。

發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明的目的是為了使LED芯片發(fā)出的大角度散射光經(jīng)過(guò)反光碗和透鏡的二次配光后，高效收集光能量，會(huì)聚光束，實(shí)現(xiàn)小角度向遠(yuǎn)距離送光。提供一種小角度遠(yuǎn)距離送光鏡組及陣列。

本發(fā)明的送光鏡組方案是：

每個(gè)送光鏡組配一個(gè)發(fā)光芯片，每個(gè)送光鏡組包含反光碗和收光透鏡；

反光碗由上下開(kāi)口的內(nèi)回轉(zhuǎn)曲面組成。回轉(zhuǎn)曲面由圓錐曲線繞著其對(duì)稱軸回轉(zhuǎn)而成；內(nèi)反射面鍍?nèi)瓷淠ぃ垂馔氲牡撞繛樗降膱A形其中心與圓錐曲線的焦點(diǎn)重合，在焦點(diǎn)位置安裝LED發(fā)光芯片；

所述的收光透鏡由環(huán)周的圓錐曲線回轉(zhuǎn)面、上出光曲面和下入光曲面組成。收光透鏡的回轉(zhuǎn)曲線可以是與反光碗同一條圓錐曲線的不同段或不同的圓錐曲線，但反光碗的出口與收光透鏡的入口有對(duì)應(yīng)吻合的配合位置關(guān)系；收光透鏡的下入光曲面由兩部分組成，中心環(huán)帶是具有回轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸面，外環(huán)帶是具有回轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹面；上出光面也由兩部分組成，中心環(huán)帶是回轉(zhuǎn)對(duì)稱凸面，外環(huán)帶是相對(duì)中心環(huán)帶曲率半徑較大的且凸面或凹面，該外環(huán)帶曲率滿足以下條件：使到達(dá)該環(huán)帶光線小角度偏折后以等于小于設(shè)計(jì)的極限角度θ_c出射；收光透鏡上下曲面中心環(huán)帶構(gòu)成凸透鏡其焦點(diǎn)在圓錐曲線的焦點(diǎn)；該收光透鏡滿足以下條件：收光透鏡上下曲面中心環(huán)帶對(duì)應(yīng)構(gòu)成凸透鏡對(duì)LED芯片發(fā)出的中心區(qū)較小角度光束進(jìn)行收縮匯聚，以接近0°的很小的發(fā)射角出射；LED芯片發(fā)出的過(guò)渡區(qū)較大角度光束進(jìn)入收光透鏡的下入光面的外圈區(qū)域的凹面，向外偏折后以大于全反射臨界角的入射角射向收光透鏡圓錐曲線的回轉(zhuǎn)面，并在其內(nèi)壁并產(chǎn)生全反射后經(jīng)過(guò)收光透鏡上出光曲面的外圈區(qū)域偏折后以小于等于設(shè)計(jì)的極限角度θ_c出射。

反光碗的高度與收光透鏡高度相匹配即可，組合后的總高度與出光口徑之比L/D與設(shè)計(jì)出光角度相關(guān)聯(lián)；組合后的總高度滿足以下條件：出光角度越小，L/D就越大，配光鏡組尺寸越大；LED芯片發(fā)出的外圈區(qū)大角度光束進(jìn)入反光碗的回轉(zhuǎn)反射面反射后進(jìn)入收光透鏡的下入光面的外圈區(qū)域的凹面，被稍微向外偏折進(jìn)入上出光面的外圈區(qū)域向內(nèi)偏折，最后以小于等于設(shè)計(jì)的極限角度θ_c出射。